陽極氧化技術(shù)在鈦植入物中的應(yīng)用

在體內(nèi)，鈦的抗腐蝕性能對(duì)植入物的壽命有重要影響。血漿和組織液中的氯離子濃度是海水中氯離子濃度的1/3，是金屬適宜的腐蝕環(huán)境。體液中的氨基酸、蛋白質(zhì)及溶解的氧氣均有利于腐蝕的發(fā)生。細(xì)胞也影響金屬的耐腐蝕性。經(jīng)陽極氧化后，鈦表面形成較厚且致密的氧化膜能阻止金屬離子釋放，防止金屬離子與體液中離子發(fā)生反應(yīng)，從而提高植入物抗腐蝕性能。將陽極氧化后的鈦試件置于3.5%的NaCl溶液中，表現(xiàn)出良好的抗腐蝕性能。Karambakhsh將陽極氧化后鈦試件放置在Ringer's溶液中，在37℃環(huán)境中進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)。結(jié)果顯示，隨氧化膜厚度增加，鈦表面抗腐蝕性增強(qiáng)。微弧氧化在鈦表面形成多孔結(jié)構(gòu)，但其抗腐蝕性仍優(yōu)于未處理鈦。這是由于微弧氧化由兩種涂層構(gòu)成：內(nèi)層阻擋層以及外層的多孔層，內(nèi)層阻擋層阻止鈦基底與體液接觸。微弧氧化形成的氧化膜厚度明顯高于傳統(tǒng)陽極氧化，抗腐蝕性能也提高。

陽極氧化可以在植入物表面形成納米的二氧化鈦管，可在納米管中載附有抗菌作用的藥物，比如銀離子，慶大霉素、青霉素等抗生素，鹵素復(fù)合物等，降低炎癥發(fā)生，提高植入物的成功率。二氧化鈦在紫外光照射下，還可發(fā)生光催化殺菌作用，預(yù)防植入物周圍炎發(fā)生。且納米結(jié)構(gòu)本身就有一定的抗菌效果。鈦表面抗菌性及抗腐蝕性能保證種植修復(fù)體在相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)下行使功能，提高使用壽命。

表面能和粗糙度對(duì)于細(xì)胞與材料的黏附非常重要。粗糙表面可降低接觸角提高表面能。高表面能的材料有更多電子受體位點(diǎn)來促進(jìn)細(xì)胞分化。在粗糙的鈦表面，成骨細(xì)胞呈現(xiàn)圓形和多邊形，骨鈣素、骨唾液蛋白以及I型膠原表達(dá)增強(qiáng)。表面粗糙度增加可使鈦表面鈣磷等元素沉積增多，在鈦表面沉積的鈣磷比例為1.67，與磷灰石中鈣磷的比率一致，為骨形成提供了良好的元素準(zhǔn)備。鈦在不含F(xiàn)-的電解質(zhì)溶液中行傳統(tǒng)陽極氧化技術(shù)，其表面粗糙度降低；在含F(xiàn)-電解液中陽極氧化，其表面形成納米孔或者納米管，明顯增加材料表面潤(rùn)濕性；鈦表面經(jīng)微弧氧化處理后形成納米、亞微米結(jié)構(gòu)，其表面粗糙度明顯增加。納米、亞微米結(jié)構(gòu)影響骨-植入物界面的機(jī)械性能、應(yīng)力分布及骨組織重塑，增加植入物與骨組織的相互鎖合，降低應(yīng)力集中導(dǎo)致的骨吸收。Cui等發(fā)現(xiàn)，微弧氧化處理的鈦表面形態(tài)是一種立體開放的多孔結(jié)構(gòu)，能給磷灰石和鈦之間提供強(qiáng)大的黏結(jié)力，從而使鈦植入物更適合作為生物活性材料。多孔結(jié)構(gòu)利于組織細(xì)胞向內(nèi)生長(zhǎng)，增加細(xì)胞生長(zhǎng)黏附空間，提高植入物的固位力?？椎拇笮∮绊懼切纬傻臄?shù)量和質(zhì)量。氧化膜的多孔結(jié)構(gòu)增加了植入物與周圍組織的摩擦力。

多孔性結(jié)構(gòu)使鈦表面彈性模量與骨組織相近，降低種植失敗風(fēng)險(xiǎn)。在多孔結(jié)構(gòu)植入物表面吸附血清白蛋白可明顯增加植入物生物活性。鈦經(jīng)陽極氧化處理后對(duì)體內(nèi)生長(zhǎng)因子也會(huì)產(chǎn)生影響，可增強(qiáng)鈦-骨界面PDGF的表達(dá)，促進(jìn)新骨生成，增強(qiáng)TGF-β在鈦合金植入物骨界面的表達(dá)，成骨活躍，骨基質(zhì)鈣化成熟較好，骨細(xì)胞排列緊密，新骨形成較多。Lasson等認(rèn)為較厚的氧化膜提高了骨形成的速率，180nm的氧化層帶顯示出較好的骨-植入物的結(jié)合趨勢(shì)。Walter等認(rèn)為鈦經(jīng)陽極氧化后可增強(qiáng)骨鈣素以及I型膠原mRNA表達(dá)水平，從而對(duì)植入物-骨結(jié)合產(chǎn)生有利影響。